Nowe narzędzia do lepszego zrozumienia bólu pleców
Ból pleców jest znaczącą i powszechnie występującą w Europie dolegliwością. W ciężkich przypadkach konieczne może być przeprowadzenie operacji w celu stabilizacji kręgosłupa. Właściwy wybór odpowiedniego czasu na operację i dobór metod podczas niej stosowanych stanowi jednak nie lada wyzwanie. Celem finansowanego ze środków UE projektu iBack było stworzenie narzędzi, które mogą automatycznie charakteryzować właściwości biomechaniczne kręgosłupa na podstawie skanów, umożliwiając naukowcom lepszą ocenę prawdopodobieństwa powodzenia interwencji. Koordynatorem projektu był lekarz radiolog, Jan Kirschke. „Często chirurg zmienia jedynie układ biomechaniczny kręgosłupa w nadziei, że ból ustąpi”, mówi koordynator. „Działania te oparte są głównie na doświadczeniu klinicznym; obecnie nie jesteśmy w stanie dokładnie określić sytuacji biomechanicznej u danego pacjenta”.
Pomiary oportunistyczne
Kierowany przez Kirschke zespół z Uniwersytetu Technicznego w Monachium (strona internetowa w języku niemieckim) przyjrzał się kilku biomarkerom obrazowym, o których wiadomo, że odpowiadają biomechanicznym właściwościom szkieletu, takim jak gęstość mineralna kości (ang. bone mineral density, BMD). Jest to kluczowy czynnik powodzenia operacji kręgosłupa, ponieważ wpływa na to, jak dobrze gwoździe i śruby będą przylegać do kości. „Odkryliśmy, że wielu pacjentów rzeczywiście ma niską BMD, w przypadkach, w których nigdy nie podejrzewano by tego bez przeprowadzenia specjalnych pomiarów. By wybrać odpowiednie dla pacjentów techniki chirurgiczne i zapobiec powikłaniom, musimy precyzyjnie zidentyfikować pacjentów z osteoporozą, stosując pomiary ilościowe”, mówi Kirschke. W ramach projektu iBack zespół naukowców opracował oprogramowanie wykorzystujące uczenie maszynowe w celu oceny BMD przy użyciu danych z tomografii komputerowej. Z systemu mogą obecnie korzystać badacze, którzy są zainteresowani analizą wyników zabiegów. Kirschke otrzymał grant pozwalający potwierdzić słuszność koncepcji na opracowanie oprogramowania, które docelowo stanowiłoby klinicznie zatwierdzony produkt do użytku przedoperacyjnego.
Oddziaływanie wielu sił
Drugim istotnym osiągnięciem projektu iBack było stworzenie biomechanicznego modelu kręgosłupa. „W modelu zebrano informacje z kości, mięśni, więzadeł oraz dotyczące masy ciała, wszystkich ważnych parametrów antropometrycznych pacjenta. Dzięki niemu możemy symulować różne działania, takie jak chodzenie lub przenoszenie dużych obciążeń, w celu obliczenia rzeczywistych sił działających na poszczególne części kręgosłupa”, mówi Kirschke. Zespół bada obecnie, w jaki sposób te miejscowe obciążenia przekładają się na ból pleców i jaki wpływ mają na pomyślność operacji. Umożliwi to odpowiednie dobranie implantu mechanicznego najlepiej spełniającego potrzeby pacjenta. „W niektórych z wcześniejszych badań opisywano skany ręcznie. Możliwości były tak ograniczone, że zazwyczaj udawało się opisać mniej niż 10 skanów”, komentuje Kirschke. „Dzięki naszym algorytmom możemy przetworzyć dane kilku tysięcy pacjentów w ciągu paru dni. To naprawdę zwiększa nasze możliwości”. Prace w ramach projektu były wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. „Kiedy 7 lat temu rozpocząłem ten projekt, mało kto wykorzystywał sztuczną inteligencję w badaniach. W międzyczasie naprawdę wiele się zmieniło”. Kirschke bada obecnie możliwość wykorzystania algorytmu na dużych zbiorach danych, takich jak niemiecka kohorta narodowa, która zawiera skany o wysokiej rozdzielczości z rezonansu magnetycznego 30 000 badanych. „Zastosowanie tych technik na dużych zbiorach danych pozwoliłoby uzyskać więcej informacji na temat bólu pleców”, podsumowuje badacz.
Słowa kluczowe
iBack, kręgosłup, plecy, ból, operacja, skan, rezonans magnetyczny, biomechaniczne, osteoporotyczne, stabilizacja, algorytmy, antropometryczne, obciążenie
